Kompozity
A farao pokračoval: "Hle, lidu země je teď mnoho, a vy chcete, aby nechali svých robot?„Onoho dne přikázal farao poháněčům lidu a dozorcům:Propříště nebudete vydávat lidu slámu k výrobě cihel jako dříve. Ať si jdou slámu nasbírat sami! A uložíte jim dodat stejné množství cihel, jaké vyráběli dříve. Exodus 5
Okruhy otázek ke zkoušce
• Rozdělení kompozitních materiálů
• Materiály pro polymerní matrice kompozitů, vlastnosti
• Vlákna pro dlouhovláknové kompozity, druhy, vlastnosti
• Co je lamina a laminát, jak se značí orientace jeho lamin a jaká je jeho odolnost proti jednotlivým druhům namáhání
• Prepregy (vysvětlit význam, základní vlastnosti prepregu) a způsobyvýroby dlouhovláknových kompozitů
• Mechanismy podmiňující vysokou vrbovou houževnatost vláknovýchkompozitů
• Kratkovláknové kompozity: jejich výhody a nevýhody, použití
• Krátkovlaknové kompozity: vliv konců krátkých vláken, kritická délkavlákna
Otomanský luk
https://encrypted-tbn2.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcQNckHP2-0DKYIMMu6LQDTW6HopDVr1jGqyZEvaudYt5Pupfgd-
Pykrete
Příklady kompozitů
•Přírodní kompozity• dřevo• kost
•Umělé kompozitní materiály• Překližka• Papír • Kovové slitiny• Vyztužený beton• Vlákny vyztužené kompozity
• S polymerní matricí• S kovovou matricí• S keramickou matricí
Výhody a nevýhody kompozitních materiálů
• Výhody• Vysoký poměr pevnosti a tuhosti k hustotě
• Vysoká odolnost proti tečení a únavě
• Vysoká pevnost za zvýšených teplot
• Vysoká houževnatost
• Korozní odolnost
• Anizotropie
• Nevýhody• Náklady na materiály
• Náročné na výrobu
• Složité na opravy
• Rozptyl materiálových vlastností
• Anizotropie
• Složité zkoušky materiálů a inspekce
Výroba nádoby z přírodního kompozitu
Špičkové aplikace kompozitních materiálů
Kompozity ve sportu a luxusní spotřebě
Kompozity - fáze
• Matrice – spojitá
• Výztuž – diskrétní
• Matrice a výztuž mohou být tvořeny: kovovými, keramickými a polymerními látkami
kovy keramika
polymery sklo
kompozity
Dva nebo více materiálů je spojeno takovým způsobem, že vlastnosti výsledné struktury nemohou být dosaženy jediným homogenním materiálem samostatně
Kompozity - princip
Rozdělení kompozitních materiálů
kompozity
částicové
Velké
částice
Disperzně
zpevněné
vláknové
dlouhovláknové krátkovláknové
orientované Náhodně or.
konstrukční
laminátysendviče
Voigt
Reuss
Kompozity:isostress a isostrain
b
b
a
auss
effE
V
E
V
E
Re
1
bbaa
Voigt
eff EVEVE
Density bbaaC VV
Modulus (bounds)
Elastické konstanty dlouhovláknovýchkompozitů
Mechanické vlastnosti kompozitů
Mechanické vlastnosti kompozitů
Pevnost kompozitů
Pevnost vlákny vyztužené matrice
Anisotropie jednosměrně vyztužené vrstvy
Konec 1. části
Kompozity - pokračování
Rekapitulace – jednosměrně vyztužený kompozit
Lamináty - značení
Kvazisotropie
Symetrie!
Průběh napětí v laminátu
Sendviče
Krátkovláknové kompozity
Krátkovláknové kompozity
Krátkovláknové k. – orientace vláken
Závislost pevnosti vlákna na průměru
Materiály vláken
Uhlíková vlákna
PAN = polyakrylonitril … prekurzor … pyrolýza bez přístupu kyslíku, 1000-3000°C
Materiály vláken
Materiály matric
• Polymerní• Reaktoplasty (termosety)
• Epoxidy• Methylmethakryláty• Polyestery• Vinylestery
• Termoplastické matrice• Polypropylén• Polyetheretherketon (PEEK)• Polyfenylénsulfid (PPS)
• Kovové• Měď• Slinuté karbidy• Cermety
• Keramické• SiC whiskery / Al2O3 matrice• SiC whiskery / Si3N4 matrice• SiC / SiC matrice• vlákna / skelná matrice• Carbon / carbon kompozity
Synergický efekt
•Pravidlo směsí : PRoM = P1f1 + P2f2 (f1 + f2 = 1)
•Synergie Pobserved >>> PRoM
•Lomová houževnatost: • sklo U~ 1 J/m2, • polyester U~ 100-1000 J/m2
• Pravidlo směsí U~ 1 – 1000 J/m2 ale….. • Pozorováno U~ 104 - 105 J/m2 !!
•Proč?
Rozhraní - smáčení
Interakce trhliny s kompozitem
-Matrice se c okolí trhliny deformuje plasticky-Změna směru trhliny u vlákna – napětí není kolmé k směru trhliny-Energie nutná k oddělení vlákna od matrice-Přetržená vlákna jsou vytahována z matrice -tření
Lomová houževnatost kompozitů
Synergie u přírodních kompozitů
Synergie
Další synergie:
MMC Al slitina + C vlákno
C vlákno oxiduje za vyšších T
Al rychle ztrácí pevnost, při
vyšších teplotách, ale odolává
oxidaci
Kompozit = pevný a neoxidující za
vysokých teplot
matrice vlákno
Synergický efekt
Dolní odhad
Vla
stn
ost
Lomové vlastnosti kompozitů
Srovnání vlastností kompozitů a jiných tříd materiálů
Zkoušení kompozitních materiálů
• Elastické vlastnosti (4 nezávislé hodnoty)• Modul pružnosti ve směru vláken
• Modul pružnosti ve směru kolmém k vláknům
• Smykový modul
• Poissonovo číslo
• Pevnostní vlastnosti (5 nezávislých hodnot)• Ve směru vláken - tah i tlak
• Ve směru kolmém k vláknům – tah i tlak
• Smyková pevnost
Výroba kompozitů
navíjení
prepregy
Výroba kompozitů
autokláv
Výroba a spojováníkompozitů
lepeníKrátká vlákna
